脈動陣列英文解釋翻譯、脈動陣列的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【計】 systolic array

分詞翻譯：

脈動的英語翻譯：

【化】 fluctuation; impulse; loping; pulsation; surg(ing)

陣的英語翻譯：

a period of time; battle array; blast; front
【機】 array

列的英語翻譯：

arrange; kind; line; list; row; tier; various
【計】 COL; column
【醫】 series

專業解析

脈動陣列 (Systolic Array) 是一種特殊的并行計算硬件架構，其設計靈感來源于生物體内血液的脈動式流動。在計算機科學和工程領域，特别是在高性能計算和專用集成電路（ASIC）設計中，它指的是一種由大量相同的、簡單的處理單元（Processing Element, PE）規則排列組成的網絡結構。這些處理單元通過局部、規則的互連方式進行通信，數據像脈搏一樣在單元間同步、節奏性地流動和計算。

核心概念與工作機制：

規則互聯與數據流驅動：處理單元通常排列成一維線性鍊、二維網格或更高維度的規則結構。數據從陣列的邊界（如頂部或左側）輸入，并在時鐘信號的控制下，同步地“脈動”通過相鄰的單元。每個單元在數據流過時執行固定的、相對簡單的操作（如乘加運算）。
高并行性與流水線：這種架構天然地實現了空間并行（多個PE同時工作）和時間并行（數據流形成流水線）。當一組數據正在被某個PE處理時，其前一組數據正被下一個PE處理，後一組數據正被上一個PE處理，計算與通信高度重疊，極大提高了計算吞吐量和硬件利用率。
局部通信與低通信開銷： PE隻與直接相鄰的鄰居通信，避免了長距離、全局性的數據交換，顯著降低了通信延遲和功耗。計算所需的數據通常隨着數據流一起傳遞，或者通過廣播/扇入方式有限地輸入。

主要特點與優勢：

高計算密度與能效：規則的結構和簡單的PE設計使得脈動陣列非常適合用VLSI技術實現，能在小面積上集成大量計算單元，實現極高的計算密度和能效比，尤其適合計算密集型任務。
算法與硬件的匹配：脈動陣列通常針對特定的計算模式（如矩陣乘法、卷積、濾波、信號處理中的相關運算）進行優化設計。算法的計算步驟被映射到陣列的空間維度和數據流的時間維度上，實現硬件對算法的“固化”。
可擴展性：理論上，可以通過增加PE的數量來線性地提升計算能力（對于一維結構）或平方級提升（對于二維結構），以滿足更高性能需求。

典型應用領域：

數字信號處理：如FIR/IIR濾波器、快速傅裡葉變換（FFT）。
線性代數運算：矩陣乘法、矩陣分解（如LU、QR）、求解線性方程組是脈動陣列的經典應用場景。
模式匹配與字符串處理：如動态規劃算法（序列比對）。
深度學習加速：現代AI加速器，特别是谷歌的張量處理單元（TPU），其核心計算部分采用了脈動陣列架構來高效執行大規模的矩陣乘法和卷積運算，這是深度學習模型的核心計算。

漢英詞典視角釋義：

脈動 (Màidòng)： Pulsation; Systole (原指心髒收縮或周期性搏動)。在術語中比喻數據在陣列中像脈搏一樣有節奏地、同步地流動。
陣列 (Zhènliè)： Array; Matrix。指由多個相同或相似單元按一定規則排列形成的集合。
脈動陣列 (Màidòng Zhènliè)： Systolic Array。一種由規則排列的簡單處理單元構成的并行計算結構，數據在其中同步、脈動式流動和計算，以實現高效能、高吞吐量的特定運算。

權威參考來源：

Wikipedia - Systolic Array: 提供了脈動陣列的基本概念、曆史背景、工作原理、示例和應用的概述。 (https://en.wikipedia.org/wiki/Systolic_array)
Google AI Blog - TPU: 詳細介紹了谷歌TPU的設計，其中核心計算單元采用了脈動陣列架構來加速神經網絡計算，是脈動陣列在現代AI芯片中成功應用的典範。 (https://ai.googleblog.com/2016/05/announcing-tensor-processing-unit-tpu.html)
IEEE Xplore / ACM Digital Library (學術論文)：大量關于脈動陣列設計理論、優化方法、VLSI實現以及在特定領域（如DSP, HPC, AI）應用的經典和前沿研究論文。例如，H. T. Kung和Charles E. Leiserson于1978年發表的論文是奠基性工作。 (可通過學術數據庫如 IEEE Xplore 或 ACM DL 搜索 “systolic array” 獲取具體文獻，例如 DOI: 10.1145/359024.359025)。

網絡擴展解釋

脈動陣列（Systolic Array）是一種高效并行計算架構，其核心思想是通過規則的數據流動和緊密耦合的處理單元（PE）網絡來提升運算效率。以下從定義、結構特點、優勢和應用場景進行解釋：

1.定義與名稱來源

脈動陣列的名稱源自“Systolic”（心血管的脈動）的類比。數據在陣列中像血液般有規律地流動，每個處理單元（PE）與相鄰節點交互，形成周期性、規則化的數據流。這一概念最早由孔祥重教授提出，後被Google TPU等芯片采用。

2.結構特點

處理單元（PE）重複性：陣列由多個同構的PE組成，通常采用二維網格（Mesh）結構，每個PE功能簡單（如乘累加操作），通過并行提升效率。
數據流動方式：數據以流水線形式依次流經相鄰PE，避免頻繁訪存。例如，在矩陣乘法中，輸入數據從陣列邊緣流入，中間結果在PE間傳遞并逐步累積。
緊密耦合性：PE之間僅與鄰近節點通信，布線規整，有利于提高芯片頻率和降低功耗。

3.優勢

減少訪存瓶頸：傳統架構中數據需頻繁讀寫存儲器，而脈動陣列通過數據流動減少訪存需求，尤其適合計算密集型任務（如矩陣乘法、卷積）。
高并行度與能效：大量PE并行處理，且結構簡單可控，適合硬件實現高吞吐量運算。
規則化設計：數據流和硬件布局高度規律，降低設計複雜度，提升芯片面積利用率。

4.應用場景

AI加速芯片：如Google TPU利用脈動陣列加速神經網絡中的矩陣運算。
信號處理與科學計算：適用于需要高吞吐量的線性代數運算（如FFT、濾波）。

脈動陣列通過“數據流動代替存儲訪問”和“規則化并行計算”，解決了傳統計算架構的瓶頸，成為現代AI芯片和高效能計算的核心技術之一。更多細節可參考相關技術文檔或論文（來源：）。